作为高科技产业的核心，芯片产业已成为世界各国综合国力竞争的重要砝码。芯片目前主要被美国垄断市场，占据全球50％的份额。

国内芯片业虽持续蓬勃发展，但在高端芯片制造领域仍处于劣势位置。国内芯片产业高度依赖外部市场，在技术受限的情况下，被美国“卡脖子”的困境更为凸显。

国内芯片常遭“卡脖子”的技术主要涉及三方面，一是制程工艺；二是装备／材料；三是设计IP核／EDA工具。我国科研人员一直在不断努力解决芯片从设计到制造的卡脖子问题，近期，科研团队在半导体领域实现了技术突破。

国内EDA软件实现新突破

众所周知，EDA处于半导体产业倒金字塔型格局中的塔尖，以100亿美元每年的行业规模支撑着将近6000亿美元规模的集成电路产业，可以说对半导体产业链的限制有着“牵一发动全身”的效应。

然而就是这颗半导体产业皇冠上的明珠，70％以上的市场份额都被国外企业垄断，Synopsys、Cadence、Siemens EDA三足鼎立，且这三家公司都与美国资本有着千丝万缕的联系。

近日，华中科技大学机械学院刘世元教授团队成功研发出我国首款完全自主可控的OPC软件，并已在相关企业实现成果转化和产业化。

光刻是芯片制造中最为关键的一种工艺，就是通过光刻成像系统，将设计好的图形转移到硅片上。随着芯片尺寸不断缩小，硅片上的曝光图形会产生畸变。在90nm甚至180nm以下芯片的光刻制造前，都必须采用一类名为OPC（光学临近校正）的算法软件进行优化。

据刘世元介绍，“没有OPC，即使用了光刻机，也造不出芯片。”OPC软件即“光学邻近校正软件”，是芯片设计工具EDA的一种。没有OPC，所有IC制造厂商将失去将芯片设计转化为芯片产品的能力。

目前，全球OPC工具软件市场完全由Synopsys、Mentor、ASML－Brion等三家美国公司占领。如今，随着华中大科研团队成功研发全国首款OPC软件，填补了国内空白，未来也将助力我国芯片制造业发展。

晶体管密度翻倍

众所周知，晶圆上的晶体管越多，芯片性能越强。每一代工艺的进步，其实最终都是为了在有限的芯片面积中，塞进更多的晶体管。

芯片工艺进入3nm后，要再微缩晶体管之间的距离就越来越难了，距离越近就会出现短沟道效率，导致性能不稳定，漏电，功耗大，发热大等问题。

针对这一关键难题，复旦大学微电子学院的周鹏教授，包文中研究员及信息科学与工程学院的万景研究员，创新地提出了硅基二维异质集成叠层晶体管技术。这种新技术，可以在芯片工艺不变的情况下，让器件集成密度翻倍。

笔者了解到，复旦大学研究团队将新型二维原子晶体引入传统的硅基芯片制造流程，实现了晶圆级异质CFET技术。相比于硅材料，二维原子晶体的原子层精度使其在小尺寸器件中具有优越的短沟道控制能力。

该技术利用成熟的后端工艺将新型二维材料集成在硅基芯片上，并利用两者高度匹配的物理特性，成功实现4英寸大规模三维异质集成互补场效应晶体管。在相同的工艺节点下实现了器件集成密度翻倍，并获得了卓越的电学性能。

据悉，研究人员利用硅基集成电路的标准后端工艺，将二硫化钼（MoS?）三维堆叠在传统的硅基芯片上，形成p型硅－n型二硫化钼的异质CFET结构。二硫化钼的低温工艺与当前硅基集成电路的后端工艺流程高度兼容，大幅降低了工艺难度且避免了器件的退化。同时，两种材料的载流子迁移率接近，器件性能完美匹配，使异质CFET的性能优于传统硅基及其他材料。

目前，基于工业化产线的更大尺寸晶圆级异质CFET技术正在研发中。如果该技术应用起来，那么中国芯又多了一条突围的路径了。

写在最后

国产芯片实现重大突破是所有人翘首以盼的，其中的艰难也是可以预见的。“卡脖子”技术大都具有投入高、耗时长、难度大的特点，仅靠单方面的力量很难短时间见效，必须调动全社会的力量来共同参与。

相信随着国内扩大产能，加大投入，人才日益完备，实现芯片产业关键环节的自主可控，形成新的替代技术轨道，将指日可待。